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2023
学年
高考
物理
三轮
冲刺
热点
排查
15
动力学
能量
观点
综合
解析
热点15 动力学与能量观点的综合应用
1.(2023·湖南娄底市下学期质量检测)如图1,Ⅰ、Ⅱ为极限运动中的两部分赛道,其中Ⅰ的AB部分为竖直平面内半径为R的光滑圆弧赛道,最低点B的切线水平;Ⅱ上CD为倾角为30°的斜面,最低点C位于B点的正下方,B、C两点距离也等于R.质量为m的极限运动员(可视为质点)从AB上P点处由静止开始滑下,恰好垂直CD落到斜面上.(不计空气阻力,重力加速度为g)求:
图1
(1)极限运动员落到CD上的位置与C的距离;
(2)极限运动员通过B点时对圆弧轨道的压力;
(3)P点与B点的高度差.
答案 (1)R (2)mg 方向竖直向下 (3)R
解析 (1)设极限运动员在B点的速度为v0,落在CD上的位置与C的距离为x,速度大小为v,在空中运动的时间为t,则xcos30°=v0t
R-xsin30°=gt2
=gt,
联立解得x=0.8R
(2)由(1)可得:v0=
通过B点时,FN-mg=m
极限运动员对轨道的压力大小为FN′,
则FN′=FN,
解得FN′=mg,方向竖直向下;
(3)设P点与B点的高度差为h,
则mgh=mv
解得h=R.
2.(2023·湖南长沙、望城、浏阳、宁乡3月调研)某电动机工作时输出功率P与拉动物体的速度v之间的关系如图2(a)所示.现用该电动机在水平地面拉动一物体(可视为质点),运动过程中轻绳始终处在拉直状态,且不可伸长,如图(b)所示.已知物体质量m=1kg,与地面间的动摩擦因数μ1=0.35,在出发点C左侧s距离处另有长为d=0.5m的粗糙材料铺设的地面AB段,物体与AB段间的动摩擦因数为μ2=0.45.(g取10m/s2)
图2
(1)若s足够长,电动机功率为2W时,物体在地面能达到的最大速度是多少;
(2)若启动电动机,物体在C点从静止开始运动,到达B点时速度恰好达到0.5m/s,则BC间的距离s是多少;物体能通过AB段吗?如果不能,则停在何处?
答案 (1)m/s (2)0.25m
不能 物体最后停在AB中点位置
解析 (1) 电动机拉动物体后,物体速度最大时,加速度为零,则水平方向所受拉力F等于摩擦力
F1=Ff1=μ1mg=3.5N
根据P=Fv有:vm==m/s;
(2)当物体运动速度小于0.5m/s时,绳子对物体的拉力为恒力,物体做匀加速运动,拉力F==4N
由牛顿第二定律得F-Ff1=ma1
解得:a1=0.5m/s2
由s=得,BC间的距离s=0.25m
物体过B点后,Ff2=μ2mg=4.5N,做减速运动,运动速度不会大于0.5m/s,拉力仍为恒力,物体做匀减速运动F-Ff2=ma2,解得:a2=-0.5 m/s2
物体滑行x==0.25m=
则物体最后停在AB中点位置.
3